CN110374596B - 等离子体h式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子体H式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，属于煤矿开采领域。本发明充分利用离子间的强烈运动瞬间产生高温、高压的特性，在残采区遗留煤柱正上方的地面钻取“H式”钻井，“H式”钻井分为“H式”钻井左垂直段，“H式”钻井水平段和“H式”钻井右垂直段三部分，“H式”钻井左右两个垂直段穿过上覆煤层厚硬顶板及上覆煤层到达下伏残采区遗留煤柱内，“H式”钻井水平段在上覆煤层厚硬顶板内与工作面推进方向平行，一井双用，双向作业，对上覆煤层厚硬顶板及下伏残采区遗留煤柱进行预裂，达到消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的目的，从而实现煤矿绿色开采，安全生产。

Description

等离子体H式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法

技术领域

本发明涉及一种等离子体H式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，属于煤矿开采领域。

背景技术

上行开采方法，即先采下伏煤层后采上覆煤层。当上覆煤层开采时，会经过层间厚硬顶板及下伏残采区遗留煤柱群，受到上下复合强矿压影响采煤工作。

复合强矿压主要来源于：（a）厚硬顶板：由于自然地质条件，许多矿区的上覆煤层存在厚度大、强度高、节理裂隙不发育、完整性好的厚硬顶板；（b）残采区遗留煤柱：新中国成立初期我国的采煤工艺相对落后，为保证围岩的稳定性、保障工作面的安全生产，会留设部分煤柱支撑上覆岩层；在现代高度机械化的开采过程中，受构造及其它开采条件的限制，部分煤柱的留设不可避免；采用柱式体系采煤法时，部分煤柱会留下不采。这就导致在煤层开采完毕后，残采区会有大量的遗留煤柱。

当开采受到厚硬顶板及下伏残采区遗留煤柱复合强矿压影响的上覆煤层时，会造成工作面矿压显现强烈，工作面片帮严重，巷道底鼓，采空区顶板垮落剧烈并伴有巨响，工作面支架压力增加明显，支架压死、巷道单体支柱破坏也时有发生，而且采场厚硬顶板的初次/周期来压步距也会增大,并积聚大量的能量,当采场厚硬顶板突然跨落时，积聚的能量就会瞬间释放出来，从而引发剧烈的冲击动力灾害，造成设备损坏，人员伤亡，严重危害矿井安全生产。

厚硬顶板及残采区遗留煤柱造成的复合强矿压的预测及防治工作较为困难，当前对于厚硬顶板及残采区遗留煤柱影响的上覆煤层工作面复合强矿压的控制方法有：a、被动控制法：（1）调整上覆煤层工作面的开采方向、布置方位，从而避开下伏残采区遗留煤柱的集中应力影响区，但工作面仍受厚硬顶板压力的影响，并未从根本上解决问题；（2）加强上覆煤层工作面的支护，但当工作面矿压显现强烈时，通过单纯加强支护的技术措施就很难保证安全生产，且支护成本高；（3）在受厚硬顶板及残采区遗留煤柱影响的上覆煤层工作面，也留设更大的煤柱，但造成了煤炭资源的极大浪费；b、主动控制法：（1）在厚硬顶板及残采区遗留煤柱中进行爆破，但施工工程量大，可控性差,尤其对于高瓦斯矿井容易引发瓦斯爆炸,存在安全隐患；（2）采用水压致裂厚硬顶板及残采区遗留煤柱，但消耗了大量的水资源,且致裂过程中高压压裂液中的化学试剂容易污染井下环境。由以上复合强矿压的控制方法可以看出，被动控制法效果不好，没有真正解决问题；主动控制法施工地点多在工作面或者巷道内，影响采煤工作，并且需要分别致裂厚硬顶板及残采区遗留煤柱，步骤繁琐。因此,需要寻找一种效率高、易控制、效果好的消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法来保障工作面的安全生产。

等离子态是一种区别于固态、液态和气态的聚集态，当某些液体受外界能量激发生成液相等离子体，利用离子间强烈运动瞬间产生高温、高压的特性，形成冲击波使岩体产生裂隙并扩展。目前它已被广泛应用于油气钻井、开采，金属的切割，定向破碎岩块。然而,等离子体消减复合强矿压的技术在煤炭开采技术领域(尤其在等离子体地面“H式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压方面)的应用却很少。

发明内容

本发明旨在提供一种等离子体“H式”消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的方法，不仅效率高、易控制、效果好、灵活性强、无尘、无噪，可以避免前述方法的劣势和不足，而且充分利用离子间的强烈运动瞬间产生高温、高压的特性，在地面钻取“H式”钻井，一井双用，双向作业，对上覆煤层厚硬顶板及下伏残采区遗留煤柱进行预裂，达到消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的目的，从而实现煤矿绿色开采，安全生产。

若煤层开采经过下伏残采区遗留煤柱群及层间厚硬顶板，且残采区遗留煤柱群内存在两个稳定的，间隔40米～200米遗留煤柱时，可以选用“H式”钻井，从地面进行双向作业，达到消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的目的。

本发明提供了一种充分利用离子间的强烈运动瞬间产生高温、高压的特性，在地面钻取“H式”钻井，形成冲击波使厚硬顶板及残采区遗留煤柱产生裂隙并扩展，消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法。

本发明提供了一种等离子体地面“H式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法，包括以下步骤：

第一步：通过高压电缆将等离子体脉冲控制器，等离子体发生器，电极稳固装置，液相放电等离子体电极连接；等离子体脉冲控制器通过导线与数据采集仪连接；通过信号传输线将数据采集仪，信号放大器，检波探头连接；通过两用水管将储水罐，高压泵，冷却器，等离子体发生器连接形成完整回路，等离子体发生器冷却控制阀控制开关；通过两用水管将高压泵，压力表，高压水喷头连接，高压水喷头控制阀控制开关；并与地面供电系统相连接；

第二步：确定地面与上覆煤层厚硬顶板，下伏残采区遗留煤柱的位置及距离关系，在残采区遗留煤柱正上方的地面钻取“H式”钻井，“H式”钻井个数为L/d个，L为上覆煤层工作面长度，d为钻井间距，“H式”钻井分为“H式”钻井左垂直段，“H式”钻井水平段和“H式”钻井右垂直段三部分，“H式”钻井左右两个垂直段穿过上覆煤层厚硬顶板及上覆煤层到达下伏残采区遗留煤柱内，“H式”钻井水平段在上覆煤层厚硬顶板内与工作面推进方向平行，并且在垂直段和水平段的交汇处安装有导向轮，第一个“H式”钻井称为“H式”等离子体致裂钻井，第二个“H式”钻井称为“H式”检波钻井；在“H式”钻井左右两个垂直段上方的地面，左右各设置一套第一步连接的等离子体地面“H式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的装置，两套装置在“H式”钻井左右两侧施工步骤相同，故只做一侧说明；

第三步：将两用水管、高压水喷头，高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极穿过残采区遗留煤柱上方顶板的钻井封隔器，并布置在第二步钻取的“H式”等离子体致裂钻井垂直段的深处，并使“H式”等离子体致裂钻井垂直段的钻井封隔器膨胀封井，同时信号传输线、检波探头布置在第二步钻取的“H式”检波钻井垂直段的最深处；

第四步：打开高压水喷头控制阀，储水罐内的水通过两用水管经高压泵、高压水喷头射入“H式”等离子体致裂钻井垂直段内，通过压力表观察，当水充满“H式”等离子体致裂钻井垂直段内部时，关闭高压水喷头控制阀；

第五步：开启等离子体发生器，交流电经过等离子体发生器、高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极放电后，电能迅速转换为冲击能，充满水的“H式”等离子体致裂钻井垂直段中的压力迅速增加，使残采区遗留煤柱的原始裂隙开始扩展并产生新的裂隙；同时检波探头接收到液相放电等离子体电极发出的信号，通过信号传输线、信号放大器传到数据采集仪，并分析接收到的反射波形延迟时间频谱情况，对残采区遗留煤柱的裂隙发育情况进行分析，操作等离子体脉冲控制器从而调整放电频率，直至“H式”等离子体致裂钻井垂直段周围的遗留煤柱实现致裂；关闭等离子体发生器；

第六步：将高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极和两用水管、高压水喷头经导向轮布置在“H式”等离子体致裂钻井水平段起始位置的钻井封隔器前方，并使“H式”等离子体致裂钻井水平段的钻井封隔器膨胀封井，同时信号传输线、检波探头穿过“H式”检波钻井垂直段经导向轮布置在“H式”检波钻井水平段的起始位置，重复第四步、第五步，直至“H式”等离子体致裂钻井水平段周围的厚硬顶板实现致裂；关闭等离子体发生器；

第七步：回收高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极和两用水管、高压水喷头以及检波探头，然后打开等离子体发生器冷却控制阀，储水罐的水通过两用水管经高压泵、冷却器、等离子体发生器回到储水罐，对等离子体发生器进行冷却降温后，关闭等离子体发生器冷却控制阀，最后封堵“H式”等离子体致裂钻井；

第八步：将“H式”检波钻井作为下一个“H式”等离子体致裂钻井，相邻的未预裂“H式”钻井作为下一个“H式”检波钻井，重复第三步至第七步，直至第二步钻取的所有“H式”钻井附近的厚硬顶板和残采区遗留煤柱全部致裂完成。

上述方案第二步中，“H式”钻井的间距d为6～10米；“H式”钻井的直径为d_o为155mm～335mm。

上述方案第二步中，“H式”钻井左右垂直段与地面的夹角a范围在75º～90º。

上述方案第二步中，“H式”钻井水平段位于厚硬顶板与上覆岩层的交汇处。

上述方案第三步中，钻井封隔器工作压力为30MPa～55MPa。

上述方案第三步中，钻井封隔器为自封式、压缩式或组合式钻井封隔器中的一种。

上述方案第四步中，充水的“H式”等离子体致裂钻井垂直段中需加入电解质溶液，所述电解质溶液包括NaOH溶液。

上述方案第五步中，液相放电等离子体电极放电电压为100kV～220kV，放电频率为100Hz～600Hz。

上述方案第六步中，钻井封隔器位于导向轮前方5～10米的等离子体致裂钻井水平段内。

本发明提供了一种用于实施上述方法的等离子体H式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的装置，包括等离子体发生器，等离子体脉冲控制器，高压电缆，电极稳固装置，液相放电等离子体电极，数据采集仪，信号放大器，信号传输线，检波探头，储水罐，高压泵，冷却器，压力表，两用水管，高压水喷头，等离子体发生器冷却控制阀，高压水喷头控制阀；

等离子体脉冲控制器、等离子体发生器、电极稳固装置、液相放电等离子体电极通过高压电缆连接；等离子体发生器将电能通过高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极进行释放，其中高压电缆负责将电能进行传输，电极稳固装置保证液相放电等离子体电极的正常工作；

等离子体脉冲控制器、数据采集仪、信号放大器、检波探头依次通过信号传输线连接；检波探头负责接收穿过煤/岩体的波形信号，并通过信号传输线将波形数据传输到信号放大器，信号放大器将波形数据进行放大处理后，最终传输到数据采集仪，数据采集仪将得到的波形数据进行分析，判断煤/岩体的致裂效果；

储水罐、高压泵、冷却器、等离子体发生器、通过两用水管连接形成完整回路，通过等离子体发生器冷却控制阀T₁控制开关；高压泵将储水罐的水通过两用水管再经冷却器冷却后，输送到等离子体发生器，对等离子体发生器进行降温，避免等离子体发生器过热，而无法使用；高压泵、压力表、高压水喷头通过两用水管连接，通过高压水喷头控制阀T₂控制开关；高压泵将储水罐的水通过两用水管输送到高压水喷头，最后通过高压水喷头喷出。

本发明的有益效果：

本发明充分利用离子间的强烈运动瞬间产生高温、高压的特性，形成冲击波使岩体产生裂隙并扩展，在地面钻取“H式”钻井，一井双用，双向作业，对下伏煤层厚硬顶板及残采区遗留煤柱进行预裂，不受空间限制，不影响下煤层采煤工作，操作方便、方法简单、无尘、无噪。而且等离子体地面“H式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法效率高、易控制、效果好、灵活性强，降低了厚硬顶板及遗留煤柱的完整性，达到消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的目的，与现有消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法相比是一种粗放式向精细式的转变，实现了煤矿绿色开采，安全生产。

附图说明

图1为等离子体地面“H式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的装置示意图；

图2为等离子体地面“H式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的“H式”等离子体致裂钻井工作状态切面示意图；

图3为等离子体地面“H式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的“H式”检波钻井工作状态切面示意图；

图4等离子体地面“H式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的“H式”钻井布置立体示意图。

图中：1—等离子体发生器；2—等离子体脉冲控制器；3—高压电缆；4—电极稳固装置；5—液相放电等离子体电极；6—数据采集仪；7—信号放大器；8—信号传输线；9—检波探头；10—储水罐；11—高压泵；12—冷却器；13—压力表；14—两用水管；15—高压水喷头；16—导线；17—钻井封隔器；18—导向轮；19—“H式”等离子体致裂钻井；191—“H式”等离子体致裂钻井垂直段；192—“H式”等离子体致裂钻井水平段；20—“H式”检波钻井；201—“H式”检波钻井垂直段；202—“H式”检波钻井水平段；21—上覆煤层；22—残采区遗留煤柱；23—上覆煤层厚硬顶板；24—地面；25—“H式”钻井；25a—“H式”钻井左垂直段；25b—“H式”钻井右垂直段；25c—“H式”钻井水平段；d—钻井间距；do—钻井直径；L—上覆煤层工作面长度；T1—等离子体发生器冷却控制阀；T2—高压水喷头控制阀。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

如图1所示，一种等离子体“H式”消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的装置，具体包括：

等离子体发生器1，等离子体脉冲控制器2，高压电缆3，电极稳固装置4，液相放电等离子体电极5，数据采集仪6，信号放大器7，信号传输线8，检波探头9，储水罐10，高压泵11，冷却器12，压力表13，两用水管14，高压水喷头15，等离子体发生器冷却控制阀T1，高压水喷头控制阀T2。

等离子体脉冲控制器、等离子体发生器、电极稳固装置、液相放电等离子体电极通过高压电缆连接；等离子体发生器将电能通过高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极进行释放，其中高压电缆负责将电能进行传输，电极稳固装置保证液相放电等离子体电极的正常工作；

等离子体脉冲控制器、数据采集仪、信号放大器、检波探头依次通过信号传输线连接；检波探头负责接收穿过煤/岩体的波形信号，并通过信号传输线将波形数据传输到信号放大器，信号放大器将波形数据进行放大处理后，最终传输到数据采集仪，数据采集仪将得到的波形数据进行分析，判断煤/岩体的致裂效果；

储水罐、高压泵、冷却器、等离子体发生器、通过两用水管连接形成完整回路，通过等离子体发生器冷却控制阀T₁控制开关；高压泵将储水罐的水通过两用水管再经冷却器冷却后，输送到等离子体发生器，对等离子体发生器进行降温，避免等离子体发生器过热，而无法使用；高压泵、压力表、高压水喷头通过两用水管连接，通过高压水喷头控制阀T₂控制开关；高压泵将储水罐的水通过两用水管输送到高压水喷头，最后通过高压水喷头喷出。所述的两用水管既可以起到冷却等离子体发生器的作用；也可以起到往等离子体致裂钻孔内注水的作用。

采用上述装置进行等离子体地面“H式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法，具体包括以下步骤：

第一步：通过高压电缆3将等离子体脉冲控制器2，等离子体发生器1，电极稳固装置4，液相放电等离子体电极5连接；等离子体脉冲控制器2通过导线16与数据采集仪6连接；通过信号传输线8将数据采集仪6，信号放大器7，检波探头9连接；通过两用水管14将储水罐10，高压泵11，冷却器12，等离子体发生器1连接形成完整回路，等离子体发生器冷却控制阀控制开关；通过两用水管14将高压泵11，压力表13，高压水喷头15连接，高压水喷头控制阀控制开关；并与地面供电系统相连接；

第二步：确定地面24与上覆煤层厚硬顶板23，下伏残采区遗留煤柱22的位置及距离关系，在残采区遗留煤柱22正上方的地面24钻取“H式”钻井25，“H式”钻井25个数为L/d个（L为上覆煤层工作面长度，d为钻井间距），“H式”钻井25的间距d为8米；“H式”钻井25的直径为do为285mm，“H式”钻井25分为“H式”钻井左垂直段25a，“H式”钻井水平段25c和“H式”钻井右垂直段25b三部分，“H式”钻井左垂直段25a和“H式”钻井右垂直段25b与地面的夹角a为90º，“H式”钻井左垂直段25a和“H式”钻井右垂直段25b穿过上覆煤层厚硬顶板23及上覆煤层21到达下伏残采区遗留煤柱22内，“H式”钻井水平段25b位于上覆煤层厚硬顶板23与上覆岩层的交汇处，与上覆煤层21工作面推进方向平行，并且在“H式”钻井左垂直段25a和“H式”钻井右垂直段25b与“H式”钻井水平段25c的交汇处安装有导向轮18，第一个“H式”钻井25称为“H式”等离子体致裂钻井19，第二个“H式”钻井25称为“H式”检波钻井20；在“H式”钻井25左右两个垂直段25a，25b上方的地面24，分别准备两套第一步连接的等离子体地面“H式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的装置，两套装置在“H式”钻井左右两侧施工步骤相同，故只做一侧说明；

第三步：将两用水管14、高压水喷头15，高压电缆3、电极稳固装置4、液相放电等离子体电极5穿过残采区遗留煤柱23上方顶板的钻井封隔器17，并布置在第二步钻取的“H式”等离子体致裂钻井垂直段191的深处，并使“H式”等离子体致裂钻井垂直段191的钻井封隔器17膨胀封井（工作压力40Mpa～50Mpa），同时信号传输线8、检波探头9布置在第二步钻取的“H式”检波钻井垂直段201的最深处；

第四步：打开高压水喷头控制阀，储水罐10内的水通过两用水管14经高压泵11，高压水喷头15射入“H式”等离子体致裂钻井垂直段191内，通过压力表13观察，当水充满“H式”等离子体致裂钻井垂直段191内部时，关闭高压水喷头控制阀；

第五步：开启等离子体发生器1，180KV/320Hz经过等离子体发生器1，高压电缆3，电极稳固装置4—液相放电等离子体电极5放电后，电能迅速转换为冲击能，充满水的“H式”等离子体致裂钻井垂直段191中的压力迅速增加，使残采区遗留煤柱22的原始裂隙开始扩展并产生新的裂隙；同时检波探头9接收到液相放电等离子体电极5发出的信号，通过信号传输线8，信号放大器7传到数据采集仪6，并分析接收到的反射波形延迟时间频谱情况，对残采区遗留煤柱22的裂隙发育情况进行分析，操作等离子体脉冲控制器2从而调整放电频率(100Hz～600Hz)，直至“H式”等离子体致裂钻井垂直段191周围的残采区遗留煤柱22实现致裂；

第六步：关闭等离子体发生器1，将高压电缆3—电极稳固装置4—液相放电等离子体电极5和两用水管14—高压水喷头15经导向轮18布置在“H式”等离子体致裂钻井水平段192起始位置的钻井封隔器17前方5米，并使“H式”等离子体致裂钻井水平段的钻井封隔器17膨胀封井，同时将信号传输线8、检波探头9经导向轮18布置在“H式”检波钻井水平段202的起始位置，重复第四步，第五步，直至“H式”等离子体致裂钻井水平段201周围的上覆煤层厚硬顶板23实现致裂；

第七步：关闭等离子体发生器1，回收高压电缆3、电极稳固装置4、液相放电等离子体电极4和两用水管14、高压水喷头15以及检波探头9，然后打开等离子体发生器冷却控制阀，储水罐10的水通过两用水管14经高压泵11，冷却器12，等离子体发生器1回到储水罐10，对等离子体发生器1进行冷却降温后，关闭等离子体发生器冷却控制阀，最后封堵“H式”等离子体致裂钻井19；

第八步：将“H式”检波钻井20作为下一个“H式”等离子体致裂钻井19，相邻的未预裂“H式”钻井作为下一个“H式”检波钻井20，重复第三步至第七步，直至第二步钻取的所有“H式”钻井25附近的厚硬顶板23和残采区遗留煤柱22全部致裂完成；

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的技术实质和原理之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种等离子体地面H式消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：用于：煤层开采经过下伏残采区遗留煤柱群及层间厚硬顶板，且残采区遗留煤柱群内存在两个稳定的、间隔40米～200米遗留煤柱时的情况；包括以下步骤：

第一步：通过高压电缆将等离子体脉冲控制器，等离子体发生器，电极稳固装置，液相放电等离子体电极连接；等离子体脉冲控制器通过导线与数据采集仪连接；通过信号传输线将数据采集仪，信号放大器，检波探头连接；通过两用水管将储水罐，高压泵，冷却器，等离子体发生器连接形成完整回路，等离子体发生器冷却控制阀控制开关；通过两用水管将高压泵，压力表，高压水喷头连接，高压水喷头控制阀控制开关；并与地面供电系统相连接；

第二步：确定地面与上覆煤层厚硬顶板，下伏残采区遗留煤柱的位置及距离关系，在残采区遗留煤柱正上方的地面钻取“H式”钻井，“H式”钻井个数为L/d个，L为上覆煤层工作面长度，d为钻井间距，“H式”钻井分为“H式”钻井左垂直段，“H式”钻井水平段和“H式”钻井右垂直段三部分，“H式”钻井左右两个垂直段穿过上覆煤层厚硬顶板及上覆煤层到达下伏残采区遗留煤柱内，“H式”钻井水平段在上覆煤层厚硬顶板内与工作面推进方向平行，并且在垂直段和水平段的交汇处安装有导向轮，第一个“H式”钻井称为“H式”等离子体致裂钻井，第二个“H式”钻井称为“H式”检波钻井；在“H式”钻井左右两个垂直段上方的地面，左右各设置一套第一步连接的等离子体地面“H式”消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的装置，两套装置在“H式”钻井左右两侧施工步骤相同，故只做一侧说明；

第三步：将两用水管、高压水喷头，高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极穿过残采区遗留煤柱上方顶板的钻井封隔器，并布置在第二步钻取的“H式”等离子体致裂钻井垂直段的深处，并使“H式”等离子体致裂钻井垂直段的钻井封隔器膨胀封井，同时信号传输线、检波探头布置在第二步钻取的“H式”检波钻井垂直段的最深处；

第四步：打开高压水喷头控制阀，储水罐内的水通过两用水管经高压泵、高压水喷头射入“H式”等离子体致裂钻井垂直段内，通过压力表观察，当水充满“H式”等离子体致裂钻井垂直段内部时，关闭高压水喷头控制阀；

第五步：开启等离子体发生器，交流电经过等离子体发生器、高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极放电后，电能迅速转换为冲击能，充满水的“H式”等离子体致裂钻井垂直段中的压力迅速增加，使残采区遗留煤柱的原始裂隙开始扩展并产生新的裂隙；同时检波探头接收到液相放电等离子体电极发出的信号，通过信号传输线、信号放大器传到数据采集仪，并分析接收到的反射波形延迟时间频谱情况，对残采区遗留煤柱的裂隙发育情况进行分析，操作等离子体脉冲控制器从而调整放电频率，直至“H式”等离子体致裂钻井垂直段周围的遗留煤柱实现致裂；关闭等离子体发生器；

第六步：将高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极和两用水管、高压水喷头经导向轮布置在“H式”等离子体致裂钻井水平段起始位置的钻井封隔器前方，并使“H式”等离子体致裂钻井水平段的钻井封隔器膨胀封井，同时信号传输线、检波探头穿过“H式”检波钻井垂直段经导向轮布置在“H式”检波钻井水平段的起始位置，重复第四步、第五步，直至“H式”等离子体致裂钻井水平段周围的厚硬顶板实现致裂；关闭等离子体发生器；

第七步：回收高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极和两用水管、高压水喷头以及检波探头，然后打开等离子体发生器冷却控制阀，储水罐的水通过两用水管经高压泵、冷却器、等离子体发生器回到储水罐，对等离子体发生器进行冷却降温后，关闭等离子体发生器冷却控制阀，最后封堵“H式”等离子体致裂钻井；

第八步：将“H式”检波钻井作为下一个“H式”等离子体致裂钻井，相邻的未预裂“H式”钻井作为下一个“H式”检波钻井，重复第三步至第七步，直至第二步钻取的所有“H式”钻井附近的厚硬顶板和残采区遗留煤柱全部致裂完成。

2.根据权利要求1所述的等离子体地面H式消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：第二步中，“H式”钻井的间距d为6～10米；“H式”钻井的直径为d_o为155mm～335mm。

3.根据权利要求1所述的等离子体地面H式消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：第二步中，“H式”钻井左右垂直段与地面的夹角a范围在75º～90º。

4.根据权利要求1所述的等离子体地面H式消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：第二步中，“H式”钻井水平段位于厚硬顶板与上覆岩层的交汇处。

5.根据权利要求1所述的等离子体地面H式消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：第三步中，钻井封隔器工作压力为30MPa～55MPa。

6.根据权利要求1所述的等离子体地面H式消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：第三步中，钻井封隔器为自封式、压缩式或组合式钻井封隔器中的一种。

7.根据权利要求1所述的等离子体地面H式消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：第四步中，充水的“H式”等离子体致裂钻井垂直段中需加入电解质溶液，所述电解质溶液包括NaOH溶液。

8.根据权利要求1所述的等离子体地面H式消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：第五步中，液相放电等离子体电极放电电压为100kV～220kV，放电频率为100Hz～600Hz。

9.根据权利要求1所述的等离子体地面H式消减厚硬顶板及残采区遗留煤柱复合强矿压的方法，其特征在于：第六步中，钻井封隔器位于导向轮前方5～10米的等离子体致裂钻井水平段内。

10.一种用于实施权利要求1~9任一项所述的方法的等离子体H式消减厚硬顶板及遗留煤柱复合强矿压的装置，其特征在于：包括等离子体发生器，等离子体脉冲控制器，高压电缆，电极稳固装置，液相放电等离子体电极，数据采集仪，信号放大器，信号传输线，检波探头，储水罐，高压泵，冷却器，压力表，两用水管，高压水喷头，等离子体发生器冷却控制阀，高压水喷头控制阀；

等离子体脉冲控制器、等离子体发生器、电极稳固装置、液相放电等离子体电极通过高压电缆连接；等离子体发生器将电能通过高压电缆、电极稳固装置、液相放电等离子体电极进行释放，其中高压电缆负责将电能进行传输，电极稳固装置保证液相放电等离子体电极的正常工作；

等离子体脉冲控制器、数据采集仪、信号放大器、检波探头依次通过信号传输线连接；检波探头负责接收穿过煤/岩体的波形信号，并通过信号传输线将波形数据传输到信号放大器，信号放大器将波形数据进行放大处理后，最终传输到数据采集仪，数据采集仪将得到的波形数据进行分析，判断煤/岩体的致裂效果；

储水罐、高压泵、冷却器、等离子体发生器、通过两用水管连接形成完整回路，通过等离子体发生器冷却控制阀T₁控制开关；高压泵将储水罐的水通过两用水管再经冷却器冷却后，输送到等离子体发生器，对等离子体发生器进行降温，避免等离子体发生器过热，而无法使用；高压泵、压力表、高压水喷头通过两用水管连接，通过高压水喷头控制阀T₂控制开关；高压泵将储水罐的水通过两用水管输送到高压水喷头，最后通过高压水喷头喷出。

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